鈣泵蛋白和受磷蛋白的分子動力學研究.pdf

1、Ca2+ 在細胞生理活動中作為第二信使，對生命活動具有非常重要的作用。Ca2+ 在由細胞膜隔開的細胞胞質(zhì)和細胞外基質(zhì)以及某些細胞器內(nèi)的環(huán)境間，維持著極高的濃度差，這是它發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。Ca2+ 在的跨膜流動由細胞膜上的蛋白完成。Ca2+ 泵蛋白消耗ATP 水解產(chǎn)生的能量，逆Ca2+ 濃度梯度主動輸運Ca2+。目前，Ca2+ 泵蛋白的Ca2+ 輸運機制以及能量傳輸機制都是不清楚的。肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+ 泵蛋白的活性受受磷蛋白的調(diào)控。這個調(diào)控機制

2、仍然是個謎。受磷蛋白五聚體具有離子通道的功能，但是它的離子通透機制也是未知的。這些蛋白功能的異常會導致疾病。對它們的功能機制的探討是當前的研究熱點。隨著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析實驗的進步，解析出的蛋白質(zhì)三維高分辨率結(jié)構(gòu)的數(shù)量在急劇增加，再加上計算機技術(shù)的發(fā)展，分子模擬技術(shù)現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的研究中，特別是分子動力學模擬方法，它能給出的系統(tǒng)中單個原子的動態(tài)信息。 基于已有的為數(shù)較多的Ca2+ 泵蛋白的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，本文建立了該

3、蛋白在四種不同狀態(tài)的全原子模型，每個模型包含多達17 萬個原子，然后分別進行了7.5 ns 的分子動力學模擬。對Ca2+ 泵的分子動力學模擬結(jié)果的統(tǒng)計分析顯示，該蛋白在膜的兩側(cè)區(qū)域靠近膜的地方，陽離子的濃度比其他的區(qū)域高一個數(shù)量級。說明了該蛋白在此區(qū)域具有陽離子親和性。為了探討此區(qū)域具有陽離子親和性的原因，我們又對分子動力學模擬的結(jié)果構(gòu)型進行了Poisson–Boltzmann 靜電勢計算，結(jié)果顯示此處是大范圍的負電勢分布。這就說明了C

4、a2+ 在Ca2+ 泵蛋白表面的結(jié)合不是隨機運動的結(jié)果，而是有傾向性的。 我們還對Ca2+ 泵的主要調(diào)控蛋白—受磷蛋白的五聚體進行了研究。全原子的模型建立在高分辨率的NMR 的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們使用分子動力學和平均力勢計算的方法來研究其跨膜區(qū)域孔道的離子通透性。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白在平衡構(gòu)型時，Ca2+ 通過通道時需要克服高達90 kcal/mol 的自由能能壘。這說明在該構(gòu)型下，Ca2+ 不能通過。但是當孔洞中存在一股水分子時，Cl